Ηλεκτρονικές γεννήτριες

Οι γεννήτριες είναι ηλεκτρονικές συσκευές που μετατρέπουν την ενέργεια μιας πηγής συνεχούς ρεύματος σε ενέργεια εναλλασσόμενου ρεύματος (ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις) με διάφορες μορφές της απαιτούμενης συχνότητας και ισχύος.

Οι ηλεκτρονικές γεννήτριες που χρησιμοποιούνται σε ραδιοφωνικές εκπομπές, ιατρική, ραντάρ, αποτελούν μέρος μετατροπέων αναλογικού σε ψηφιακό, συστημάτων μικροεπεξεργαστών κ.λπ.

Κανένα ηλεκτρονικό σύστημα δεν είναι πλήρες χωρίς εσωτερικές ή εξωτερικές γεννήτριες που καθορίζουν τον ρυθμό λειτουργίας του. Βασικές απαιτήσεις για γεννήτριες — σταθερότητα της συχνότητας κραδασμών και δυνατότητα αφαίρεσης σημάτων από αυτές για περαιτέρω χρήση.

Ταξινόμηση ηλεκτρονικών γεννητριών:

1) σύμφωνα με τη μορφή των σημάτων εξόδου:

— ημιτονοειδή σήματα.

— ορθογώνια σήματα (πολυδονητές).

— γραμμικά μεταβαλλόμενα σήματα τάσης (CLAY) ή ονομάζονται επίσης γεννήτριες τάσης πριονωτή·

— σήματα ειδικού σχήματος.

2) από τη συχνότητα των παραγόμενων ταλαντώσεων (υπό όρους):

— χαμηλή συχνότητα (έως 100 kHz).

— υψηλή συχνότητα (πάνω από 100 kHz).

3) με τη μέθοδο διέγερσης:

— με ανεξάρτητη (εξωτερική) διέγερση.

— με αυτοδιέγερση (αυτογεννήτριες).

Αυτόματη γεννήτρια — μια αυτοδιεγερμένη γεννήτρια, χωρίς εξωτερική επίδραση, που μετατρέπει την ενέργεια των πηγών ενέργειας σε συνεχή δόνηση, για παράδειγμα, ένα δονούμενο κύκλωμα.

Σχήμα 1 — Μπλοκ διάγραμμα της γεννήτριας

Τα κυκλώματα ηλεκτρονικών γεννητριών (Εικόνα 1) κατασκευάζονται σύμφωνα με τα ίδια σχήματα με τους ενισχυτές, μόνο οι γεννήτριες δεν έχουν πηγή σήματος εισόδου, αντικαθίσταται από ένα σήμα θετικής ανάδρασης (PIC). Υπενθυμίζουμε ότι η ανάδραση είναι η μεταφορά μέρους του σήματος εξόδου στο κύκλωμα εισόδου. Η απαιτούμενη κυματομορφή παρέχεται από τη δομή του βρόχου ανάδρασης. Για να ρυθμίσετε τη συχνότητα ταλάντωσης, τα κυκλώματα λειτουργικού συστήματος είναι κατασκευασμένα σε κυκλώματα LC ή RC (η συχνότητα καθορίζει το χρόνο επαναφόρτισης του πυκνωτή).

Το σήμα που παράγεται στο κύκλωμα PIC εφαρμόζεται στην είσοδο του ενισχυτή, ενισχύεται με έναν παράγοντα Κ και αποστέλλεται στην έξοδο. Σε αυτή την περίπτωση, μέρος του σήματος από την έξοδο επιστρέφει στην είσοδο μέσω του κυκλώματος PIC, όπου εξασθενεί με συντελεστή Κ, που θα επιτρέψει τη διατήρηση σταθερού πλάτους του σήματος εξόδου της γεννήτριας.

Οι ταλαντωτές με ανεξάρτητη εξωτερική διέγερση (επιλεκτικοί ενισχυτές) είναι ενισχυτές ισχύος με το αντίστοιχο μερικό εύρος, η είσοδος των οποίων είναι ένα ηλεκτρικό σήμα από έναν ταλαντωτή. Αυτά τα. μόνο μια συγκεκριμένη ζώνη συχνοτήτων ενισχύεται.

Γεννήτριες RC

Για τη δημιουργία γεννητριών χαμηλής συχνότητας, χρησιμοποιούνται συνήθως λειτουργικοί ενισχυτές, όπως κύκλωμα PIC, εγκαθίστανται κυκλώματα RC για να παρέχουν μια δεδομένη συχνότητα f0 ημιτονικών ταλαντώσεων.

Τα κυκλώματα RC είναι φίλτρα συχνότητας—συσκευές που περνούν σήματα σε ένα συγκεκριμένο εύρος συχνοτήτων και δεν περνούν σε λάθος εύρος.Σε αυτήν την περίπτωση, μέσω του βρόχου ανάδρασης, ο ενισχυτής τροφοδοτείται πίσω στην είσοδο του ενισχυτή, πράγμα που σημαίνει ότι ενισχύεται μόνο μια συγκεκριμένη συχνότητα ή ζώνη συχνοτήτων.

Το σχήμα 2 δείχνει τους κύριους τύπους φίλτρων συχνότητας και την απόκριση συχνότητάς τους (AFC). Η απόκριση συχνότητας δείχνει το εύρος ζώνης του φίλτρου ως συνάρτηση της συχνότητας.

Σχήμα 2 — Τύποι φίλτρων συχνότητας και απόκριση συχνότητάς τους

Τύποι φίλτρων:

— φίλτρα χαμηλής διέλευσης (LPF).

— φίλτρα υψηλής διέλευσης (HPF).

— φίλτρα διέλευσης ζώνης (BPF)·

— φίλτρα συχνότητας αποκλεισμού (FSF).

Τα φίλτρα χαρακτηρίζονται από μια συχνότητα αποκοπής fc πάνω ή κάτω από την οποία υπάρχει απότομη εξασθένηση του σήματος Οι ζώνες διέλευσης και τα φίλτρα απόρριψης χαρακτηρίζονται επίσης από το εύρος ζώνης IFP (RFP non-pass).

Το σχήμα 3 δείχνει ένα διάγραμμα ημιτονοειδούς γεννήτριας. Το απαιτούμενο κέρδος ρυθμίζεται χρησιμοποιώντας το κύκλωμα OOS των αντιστάσεων R1, R2. Σε αυτήν την περίπτωση, το κύκλωμα PIC είναι ένα φίλτρο ζώνης. Η συχνότητα συντονισμού f0 προσδιορίζεται από τον τύπο: f0 = 1 / (2πRC)

Για να σταθεροποιηθεί η συχνότητα των παραγόμενων ταλαντώσεων, χρησιμοποιούνται συντονιστές χαλαζία ως κύκλωμα συντονισμού συχνότητας. Ένα αντηχείο χαλαζία είναι μια λεπτή ορυκτή πλάκα τοποθετημένη σε μια θήκη χαλαζία. Όπως γνωρίζετε, ο χαλαζίας έχει πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο, γεγονός που καθιστά δυνατή τη χρήση του ως συστήματος ισοδύναμο με ένα ηλεκτρικό ταλαντούμενο κύκλωμα και με ιδιότητες συντονισμού. Οι συχνότητες συντονισμού των πλακών χαλαζία κυμαίνονται από μερικά kilohertz έως χιλιάδες MHz με αστάθεια συχνότητας συνήθως της τάξης των 10-8 και κάτω.

Σχήμα 3 — Διάγραμμα μιας γεννήτριας ημιτονοειδών κυμάτων RC

Οι πολυδονητές είναι ηλεκτρονικές γεννήτριες τετραγωνικά σήματα κυμάτων.

Ο πολυδονητής στις περισσότερες περιπτώσεις εκτελεί τη λειτουργία ενός κύριου ταλαντωτή που δημιουργεί παλμούς εισόδου ενεργοποίησης για επόμενους κόμβους και μπλοκ σε ένα παλμικό ή ψηφιακό σύστημα δράσης.

Το σχήμα 4 δείχνει ένα διάγραμμα ενός συμμετρικού πολυδονητή βασισμένου σε IOU. Συμμετρικό — ο χρόνος παλμού ενός ορθογώνιου παλμού είναι ίσος με τον χρόνο παύσης tpause = tpause.

Το IOU καλύπτεται από θετική ανάδραση — ένα κύκλωμα R1, R2 που ενεργεί εξίσου σε όλες τις συχνότητες. Η τάση στην είσοδο χωρίς εκτροπή είναι σταθερή και εξαρτάται από την αντίσταση των αντιστάσεων R1, R2. Η τάση εισόδου του πολυδονητή παράγεται χρησιμοποιώντας OOS μέσω του κυκλώματος RC.

Σχήμα 4 — Σχηματική απεικόνιση ενός συμμετρικού πολυδονητή

Το επίπεδο τάσης εξόδου αλλάζει από + Usat σε -Us και αντίστροφα.

Εάν η τάση εξόδου Uout = + Usat, ο πυκνωτής φορτίζεται και η τάση Uc που ενεργεί στην είσοδο αναστροφής αυξάνεται εκθετικά (Εικ. 5).

Με την ισότητα Un = Uc, θα υπάρξει απότομη αλλαγή στην τάση εξόδου Uout = -Us, η οποία θα οδηγήσει σε υπερφόρτιση του πυκνωτή. Όταν επιτευχθεί η ισότητα -Un = -Uc, η κατάσταση Uout θα αλλάξει ξανά. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται.

Σχήμα 5 — Διαγράμματα χρονισμού για λειτουργία πολυδονητή

Η αλλαγή της σταθεράς χρόνου του κυκλώματος RC οδηγεί σε αλλαγή χρόνος φόρτισης και εκφόρτισης του πυκνωτή, και ως εκ τούτου η συχνότητα ταλάντωσης του πολυδονητή. Επιπλέον, η συχνότητα εξαρτάται από τις παραμέτρους PIC και καθορίζεται από τον τύπο: f = 1 / T = 1 / 2t και = 1 / [2 ln (1 + 2 R1 / R2)]

Εάν είναι απαραίτητο να ληφθούν ασύμμετρες ορθογώνιες ταλαντώσεις για t και ≠ tp, χρησιμοποιούνται ασύμμετροι πολυδονητές, στους οποίους ο πυκνωτής επαναφορτίζεται σε διαφορετικά κυκλώματα με διαφορετικές χρονικές σταθερές.

Ένας μεμονωμένος δονητής (πολυδονητές αναμονής) έχει σχεδιαστεί για να σχηματίζει έναν ορθογώνιο παλμό τάσης της απαιτούμενης διάρκειας όταν εκτίθεται σε ένα σύντομο παλμό ενεργοποίησης στην είσοδο. Οι μονοδονητές ονομάζονται συχνά ηλεκτρονικά ρελέ καθυστέρησης χρόνου.

Υπάρχουν περισσότερα στην τεχνική βιβλιογραφία. το όνομα του one-shot είναι ο πολυδονητής αναμονής.

Ένας μονοδονητής έχει μια μακροχρόνια σταθερή κατάσταση, την ισορροπία στην οποία βρίσκεται πριν από την εφαρμογή του παλμού σκανδάλης. Η δεύτερη πιθανή κατάσταση είναι προσωρινά σταθερή. Ο μονοκραδατήρας εισέρχεται σε αυτή την κατάσταση υπό τη δράση ενός παλμού σκανδάλης και μπορεί να βρίσκεται σε αυτόν για περιορισμένο χρονικό διάστημα τηλεόρασης, μετά τον οποίο επιστρέφει αυτόματα στην αρχική του κατάσταση.

Οι κύριες απαιτήσεις για συσκευές μονής λήψης είναι η σταθερότητα της διάρκειας του παλμού εξόδου και η σταθερότητα της αρχικής του κατάστασης.

Οι γεννήτριες γραμμικής τάσης (CLAY) σχηματίζουν περιοδικά σήματα που ποικίλλουν γραμμικά (παλμοί πριονιού).

Οι παλμοί του πριονιού χαρακτηρίζονται από τη διάρκεια της διαδρομής εργασίας tp, τη διάρκεια της διαδρομής επιστροφής και το πλάτος Um (Εικόνα 6, β).

Για να δημιουργηθεί μια γραμμική εξάρτηση της τάσης από το χρόνο, χρησιμοποιείται συχνότερα η φόρτιση (ή η εκφόρτιση) ενός πυκνωτή με σταθερό ρεύμα. Το απλούστερο σχήμα του CLAY φαίνεται στο σχήμα 6, α.

Όταν το τρανζίστορ VT είναι κλειστό, ο πυκνωτής C2 φορτίζεται από το τροφοδοτικό Up μέσω της αντίστασης R2. Σε αυτή την περίπτωση, η τάση στον πυκνωτή και επομένως στην έξοδο αυξάνεται γραμμικά.Όταν ένας θετικός παλμός φτάνει στη βάση, το τρανζίστορ ανοίγει και ο πυκνωτής εκφορτίζεται γρήγορα μέσω της χαμηλής του αντίστασης, η οποία παρέχει ταχεία μείωση της τάσης εξόδου στο μηδέν—και αντίστροφα.

Το CLAY χρησιμοποιείται σε συσκευές σάρωσης δέσμης σε CRT, σε μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό (ADC) και σε άλλες συσκευές μετατροπής.

Σχήμα 6 — α) Το απλούστερο σχήμα σχηματισμού γραμμικά μεταβαλλόμενης τάσης β) Χρονικό διάγραμμα παλμών trion.